Angewandte Geophysik Vorlesung über die Methoden der angewandten Geophysik für Studenten des...
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Angewandte GeophysikAngewandte Geophysik
Vorlesung über die Methoden der angewandten Geophysik für Studenten des Bachelor-Studiengangs
Geowissenschaften im 3ten Sem.
Vorlesung über die Methoden der angewandten Geophysik für Studenten des Bachelor-Studiengangs
Geowissenschaften im 3ten Sem.
Literatur
Keary, P., Brooks B., Hill, I., An introduction to Geophysical Exploration, Blackwell Publishing, 2003.
Mussett, A.E., Khan, M.A., Lookig into the Earth, Cambridge University Press, 2000
Shearer, P., Introduction to seismology, 2009.
Literatur
Keary, P., Brooks B., Hill, I., An introduction to Geophysical Exploration, Blackwell Publishing, 2003.
Mussett, A.E., Khan, M.A., Lookig into the Earth, Cambridge University Press, 2000
Shearer, P., Introduction to seismology, 2009.
Vorlesungsunterlagen, Folien, Übungen unter http://www.geophysik.uni-muenchen.de/Members/igel
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Was ist angewandte Geophysik ?Was ist angewandte Geophysik ?
Geophysik ist die Anwendung physikalischer Prinzipien auf Probleme der Geowissenschaften
… die angewandte Geophysik beschäftigt sich speziell mit Anwendungen geophysikalischer Methoden, bei denen wirtschaftliche, umweltrelevante, oder gefährdungsbezogene Interressen zT im Vordergrund stehen (nicht das Lösen wissenschaftlicher Fragestellungen) …
Beispiele: Exploration und Prospektion von Rohstoffen (Öl, Gas, Minerale,
Edelmetalle, etc.) Geothermische Energie, CO2-Sequestrierung Erfassung von Strömungsprozessen (monitoring fluid flow) Beurteilung der Bodenbeschaffenheit von Baugrund (Tunnel,
Hochhäuser, etc.) Geophysikalische Archäologie Gefahren- und Risiko- Einschätzung (Vulkane, Erdbeben, Tsunamis) Archäologie
Geophysik ist die Anwendung physikalischer Prinzipien auf Probleme der Geowissenschaften
… die angewandte Geophysik beschäftigt sich speziell mit Anwendungen geophysikalischer Methoden, bei denen wirtschaftliche, umweltrelevante, oder gefährdungsbezogene Interressen zT im Vordergrund stehen (nicht das Lösen wissenschaftlicher Fragestellungen) …
Beispiele: Exploration und Prospektion von Rohstoffen (Öl, Gas, Minerale,
Edelmetalle, etc.) Geothermische Energie, CO2-Sequestrierung Erfassung von Strömungsprozessen (monitoring fluid flow) Beurteilung der Bodenbeschaffenheit von Baugrund (Tunnel,
Hochhäuser, etc.) Geophysikalische Archäologie Gefahren- und Risiko- Einschätzung (Vulkane, Erdbeben, Tsunamis) Archäologie
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Was sind die Methoden der Angewandten Geophysik?Was sind die Methoden der Angewandten Geophysik?
Seismik, Reflektions- und Refraktions Seismik, Erdbebenseismologie
Deformationen (Längenänderungen)
Gravimetrie, Gravimeter, Anomalien, Dichte der Gesteine, Korrekturen
Geoelektrik, Leitfähigkeit, Polarisation, Eigenpotential
Magnetik, Gesteinsmagnetismus, Anomalien, Biogeomagnetismus
Geoelektromagnetik, EM Felder, aktiv, passiv
Bohrlochgeophysik, well logging, Permeabilität, Porösität
Geophysical fluid dynamics, poröses Medium, Flüssigkeitsdiffusion
Radiometrie, Geothermie/Geothermische Anwendungen (geothermal methods)
Seismik, Reflektions- und Refraktions Seismik, Erdbebenseismologie
Deformationen (Längenänderungen)
Gravimetrie, Gravimeter, Anomalien, Dichte der Gesteine, Korrekturen
Geoelektrik, Leitfähigkeit, Polarisation, Eigenpotential
Magnetik, Gesteinsmagnetismus, Anomalien, Biogeomagnetismus
Geoelektromagnetik, EM Felder, aktiv, passiv
Bohrlochgeophysik, well logging, Permeabilität, Porösität
Geophysical fluid dynamics, poröses Medium, Flüssigkeitsdiffusion
Radiometrie, Geothermie/Geothermische Anwendungen (geothermal methods)
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Die Vorlesung im ÜberblickDie Vorlesung im Überblick
Woche Inhalte
1 Einführung – Digitale Signale
2-3 Signalverarbeitung, Spektralanalyse
4-6 Elastisches Medium, seismische Wellen
8 Reflektionsseismik
9 Refraktionsseismik
10-11 Erdbebenseismologie
12 Falluntersuchungen
13 Wiederholung
14 Klausur
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Angewandte Geophysik: ein BeispielRohstoff-Exploration
Angewandte Geophysik: ein BeispielRohstoff-Exploration
Datenbeschaffung
Datenaufbereitung und Interpretation
Seismik– Gravimetrie – Bohrlochgeophysik – Radiometrie – Magnetik – Gesteinsphysik – 4D Erfassung
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TRANSALPTRANSALP
Struktur unter den Alpen, Tektonik
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Angewandte Geophysik: IODP: Integrated Ocean Drilling Program
Angewandte Geophysik: IODP: Integrated Ocean Drilling Program
Seismik – Bohrlochgeophysik – Radiometrie – Gesteinsphysik – Gravimetrie – Electromagnetik – Magnetik
Seismik – Bohrlochgeophysik – Radiometrie – Gesteinsphysik – Gravimetrie – Electromagnetik – Magnetik
Graphics: IODP www.iodp.org
Vorerkundung möglicher Bohrlokationen immer mit Seismik
Vorerkundung möglicher Bohrlokationen immer mit Seismik
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RHUM - RUMRHUM - RUM
Check: www.rhum-rum.net
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Angewandte Geophysik: UmweltgeophysikAngewandte Geophysik: Umweltgeophysik
Überwachen von Mülldeponien:
- Wie verteilen sich Flüssigkeiten im Gestein?
- Gefahren für die Grundwasserqualität?
- Lithologie des Bodens?- Permeabilität, Porosität?- Störungen?
Methoden: Elektromagnetik, Seismik, Georadar, Magnetik, Gravimetrie, etc.
Überwachen von Mülldeponien:
- Wie verteilen sich Flüssigkeiten im Gestein?
- Gefahren für die Grundwasserqualität?
- Lithologie des Bodens?- Permeabilität, Porosität?- Störungen?
Methoden: Elektromagnetik, Seismik, Georadar, Magnetik, Gravimetrie, etc. Figure:
earthobservatory.nasa.gov
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ErdbebenbeobachtungSchwarmbeben
ErdbebenbeobachtungSchwarmbeben
Erdbeben in Bayern, Einfluss von Regen auf Seismizität, Korrelation von Phänomenen
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Seismische GefahrenSeismische Gefahren
Wie stark sind die Bodenbewegungen bei möglichen Erdbebenszenarien?Beispiel: Kölner Becken
Fault scarp, Taiwan
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Welche Methode für welches Problem ?Welche Methode für welches Problem ?
Problemstellungen: Es soll die Untergrundbeschaffenheit bezüglich der Statik (hohes Gebäude), Strömungseigenschaften (Mülldeponie), Archäologische Funde, etc. untersucht werden.
Um zu entscheiden, welche Methode geeignet ist, müssen wir Folgendes beachten:
Welche physikalische Eigenschaften und Prozesse sind relevant (e.g. Permeabilität, Porosität, seismische Geschwindigkeit, Anisotropie, Leitfähigkeit, Dichte, Wellenausbreitung, Diffusion)?
Welche Raum- und Zeitskalen sind relevant für das Problem? Welche geometrischen Experimentanordnungen sind optimal? Wie muss ich die gewonnenen Daten aufbereiten und analysieren? Welche „a priori Information“ (Randbedingungen) ist bekannt und
kann mit einbezogen werden? Wie sind die physikalischen Eigenschaften voneinander abhängig?
Die Antworten auf all diese Fragen hängen stark von dem jeweiligen Ziel und der Problemstellung ab.
Problemstellungen: Es soll die Untergrundbeschaffenheit bezüglich der Statik (hohes Gebäude), Strömungseigenschaften (Mülldeponie), Archäologische Funde, etc. untersucht werden.
Um zu entscheiden, welche Methode geeignet ist, müssen wir Folgendes beachten:
Welche physikalische Eigenschaften und Prozesse sind relevant (e.g. Permeabilität, Porosität, seismische Geschwindigkeit, Anisotropie, Leitfähigkeit, Dichte, Wellenausbreitung, Diffusion)?
Welche Raum- und Zeitskalen sind relevant für das Problem? Welche geometrischen Experimentanordnungen sind optimal? Wie muss ich die gewonnenen Daten aufbereiten und analysieren? Welche „a priori Information“ (Randbedingungen) ist bekannt und
kann mit einbezogen werden? Wie sind die physikalischen Eigenschaften voneinander abhängig?
Die Antworten auf all diese Fragen hängen stark von dem jeweiligen Ziel und der Problemstellung ab.
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Prinzipieller Unterschied: passive und aktive Methoden
Prinzipieller Unterschied: passive und aktive Methoden
Aktiv:Mit künstlichen Quellen
werden Eigenschaften des Untergrunds dargestellt
Beispiele: Explosionen,
Druckluftkanonen EM Wellen Polarisationsmethoden Vibrationen Injektion von
Flüssigkeiten
Aktiv:Mit künstlichen Quellen
werden Eigenschaften des Untergrunds dargestellt
Beispiele: Explosionen,
Druckluftkanonen EM Wellen Polarisationsmethoden Vibrationen Injektion von
Flüssigkeiten
Passiv:Natürliche
Quellen/Phänomene werden für die Erkundung des Untergrund benutzt
Beispiele: Gravitation Erdbeben EM Feld Schallwellen Mikroseismische
Aktivitäten Wärmefluss Deformation Rotation
Passiv:Natürliche
Quellen/Phänomene werden für die Erkundung des Untergrund benutzt
Beispiele: Gravitation Erdbeben EM Feld Schallwellen Mikroseismische
Aktivitäten Wärmefluss Deformation Rotation
Was sind direkte und indirekte Methoden?Was sind direkte und indirekte Methoden?
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Imaging, InversionImaging, Inversion
Courtesy: C. Thomson
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Imaging (Abbilden) und UnsicherheitenImaging (Abbilden) und Unsicherheiten
Indirekte Methoden (Imaging) sind normalerweise „unterbestimmte mathematische Probleme“ und/oder haben keine mathematisch eindeutige Lösungen. Dies bietet großen Freiraum für die Interpretation der beobachteten Daten.
Indirekte Methoden (Imaging) sind normalerweise „unterbestimmte mathematische Probleme“ und/oder haben keine mathematisch eindeutige Lösungen. Dies bietet großen Freiraum für die Interpretation der beobachteten Daten.
Konsequenzen: Es können mehr als nur eine Lösung (oftmals
unendlich viele) die Beobachtungen erklären Informationen über Unsicherheiten sind schwierig
darzustellen Oftmals sind Ergebnisse von „Wunschdenken“
geprägt. ( Vorsicht ! ) Man muss sich stets darüber im Klaren sein, wie viel
Information die Messungen über die Physik des betrachteten Systems beinhalten (dies führt z.B. zum Gebrauch der Wahrscheinlichkeitsrechnung)
Konsequenzen: Es können mehr als nur eine Lösung (oftmals
unendlich viele) die Beobachtungen erklären Informationen über Unsicherheiten sind schwierig
darzustellen Oftmals sind Ergebnisse von „Wunschdenken“
geprägt. ( Vorsicht ! ) Man muss sich stets darüber im Klaren sein, wie viel
Information die Messungen über die Physik des betrachteten Systems beinhalten (dies führt z.B. zum Gebrauch der Wahrscheinlichkeitsrechnung)
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ZusammenfassungZusammenfassung
Die in dieser Vorlesung angesprochenen geophysikalischen Methoden haben ein immens weites Spektrum an Anwendungen in der Forschung ebenso wie in der Umwelt, Exploration, Ingenieursgeophysik, Geodäsie, Ozeanographie, Medizin, etc.
Die Hauptanwendungen hierbei sind Seismik, Geoelektrik, Magnetik, Gravimetrie, Geothermie, Radiometrie, Rheologie, Hydrodynamik
Viele der entwickelten Verfahren zur Datengewinnung und Auswertung der Messungen sind identisch mit denen der jeweils anderen Bereiche. z.B. Digitalisierung, Spektrale Analyse, Filterung, und Simulation (modeling). Deshalb stehen diese fundamentalen Themen am Anfang des Kurses.
Die in dieser Vorlesung angesprochenen geophysikalischen Methoden haben ein immens weites Spektrum an Anwendungen in der Forschung ebenso wie in der Umwelt, Exploration, Ingenieursgeophysik, Geodäsie, Ozeanographie, Medizin, etc.
Die Hauptanwendungen hierbei sind Seismik, Geoelektrik, Magnetik, Gravimetrie, Geothermie, Radiometrie, Rheologie, Hydrodynamik
Viele der entwickelten Verfahren zur Datengewinnung und Auswertung der Messungen sind identisch mit denen der jeweils anderen Bereiche. z.B. Digitalisierung, Spektrale Analyse, Filterung, und Simulation (modeling). Deshalb stehen diese fundamentalen Themen am Anfang des Kurses.